核一级大口径全流通高Cv值锻钢旋启式止回阀的设计

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Design of Nuclear Class I Heavy-caliber and Full-Circulationand High C Forged Swing Check ValveCHEN Li(Dalian DV Valve Co.，Ltd，Dalian 116037，China)Abstract：Introduces the structural features，materials and design calculation of swing check valve usedfor power plant as well as flow test features and so on。

Key words：nuclear Class I swing check valve；forged structure；nuclear power plant valve；design1 概述高温高压核-级大口径旋启式止回阀用于大型压水堆核电站安全注入系统和反应堆冷却系统，在系统中起着限制介质反向流动，以保护系统和设备安全运行的作用。本文介绍-种阀体全部采用整体锻造结构的全流通高C 值锻钢旋启式止回阀。

2 结构特点核-级大口径全流通高 C 值旋启式止回阀(图 1)主要由阀体、阀座、阀瓣、摇臂和阀盖等组成(表 1)。阀体采用锻钢结构，阀体内腔全部采用机加工保证内腔光洁度，在介质力的冲击下阀瓣旋启高度达到64。为全开位置，当介质流过时，能保证最大流量，通道无阻碍。经试验 C 达到 4 696。阀体外表面全部采用机械加工，中法兰采用唇边密封焊结构。在阀体与阀盖之间采用了中法兰缠绕垫片加唇边密封焊双重密封结构。产品运行阶段，唇边焊接结构保证中法兰零泄漏，使密封性能更可靠，不受温度、湿度和振动等外界环境的影响。反应堆停堆维修时，密封焊缝允许切开(该焊接部位允许 3次的可焊性)。摇臂和阀瓣之间采用防转结构，摇臂铸造时在与阀瓣接触的边缘处铸出凸台嵌入阀瓣内，在摇臂和阀瓣接触部位之间留有-定的间隙。

作者简介：陈力(1960-)，男，工程师，从事阀门的设计及新产品研发工作。

在阀瓣关闭时，摇臂能限制阀瓣自由旋转但又不干涉其在阀座上的密封。在轴销、摇座和摇臂之间安装有可更换的耐磨衬套，以延长零部件的使用寿命。

1.阀体 2.阀座 3.阀瓣 4.摇臂 5.垫片 6.阀瓣螺母 7.开I：1销8.摇座螺母 9.摇座螺柱 1O.缠绕垫片 11.阀盖 12.中法兰螺母13.中法兰螺柱 l4.轴套 15.轴销 l6.摇座图 1 旋启式止回阀3 主要技术参数公称通径 DN300工作压力 17.2MPa工作温度 343℃RCC-M规范等级 1级安装位置 安全壳内抗震要求 1A- - ，)-- 阀 门 2013年第1期主体材质连接方式工作介质接管尺寸Z2CN19-10NS/M3301(法标)对接焊反应堆冷却剂D323.9mm ×28.6mm表 1 主要零件材料4 设计计算阀门设计制造执行RCC-M 2000版 2002补遗 B3500等相关标准和规范要求。

4.1 壳体壁厚根据 B3500的规定，标准阀门的阀体和阀颈最小壁厚用焊接端区域附近阀体最大内径 d 查表确定，如果d 不是表中给出的，则可以利用线性插值法确定最小壁厚。阀体最小壁厚 f ”≥t (图2)。

根据 B3500的规定，阀体内径 d >d 的直段部分圆形截面必须具有下列局部壁厚 t 。当阀门公称直径 DN>4 in.(100mm)时，阀体规定局部壁厚 t 必须满足。

2dt ≥ tJ m 式中 d --阀体中腔直径，mmt --阀体局部壁厚，mm - 图2 壳体壁厚4.2 阀盖分析阀盖(图3)最旭度 S 为√ 3 d Lf，j式中 --阀盖最旭度，mmD --垫片压紧力作用圆直径，mm- 操作状态下载荷，NW Wm1H 。

- 总的流体静压端部力，MPa- - 连接接触面的总压紧载荷，NS --螺栓中心至垫片压紧力作用中心线距离，n3mP --设计压力，MPac- 阀盖厚度附加量(C1)，mm[or]--设计温度下材料许用应力，MPa计算结果满足阀盖实际厚度 ≥ 。

l1tl-图 3 阀盖分析4.3 阀瓣阀瓣(图4)最旭度 为B2 DMP. / C L(Jw j式中 S --阀瓣最旭度，mmDM --密封面平均直径，mm结构特征系数(K0.3)P --常温压力，MPac- 阀瓣厚度附加量(C2)，mm[o- ]--阀瓣许用弯曲应力，MPa计算结果满足阀瓣实际厚度 ：≥ 。 。

图4 阀瓣分析4.4 密封比压密封面上介质静压力 QM 和密封面上的作用力QM 为2013年第1期 阀 门 -- --QMJ弓 (DMNbM) PNQMzQMJ式中 QM，--介质静压力，NQM --密封面上的作用力，NdM --密封面内径，mmM - - 密封面宽度，nlnl密封面计算比压(图5)g为～ QMz-叮T(DMNbM)bM式中 q--密封面计算比压，MPa计算结果满足密封面计算比压 g小于密封面材料的许用比压[g]。

图5 密封比压5 流量试验核电工程改进堆型机组在 RCP、RIS和 EAS系统中安装了大口径的核级旋启式止回阀。为了在事故发生时(如 LOCA)，安全注入系统能够快速的向反应堆压力容器注入冷却水，要求安全注入管线上的旋启式止回阀能够快速开启，且阻力损失必须足够小，以便不降低注入流量，这就要求旋启式止回阀必须具有足够高的 c 值。为了减小流体在阀腔内的流动损失，使阀门达到高c 值，阀门设计时除了考虑阀腔内流道的流线形式外，更重要的是确定合适的阀门开启角度，即在流体达到-定流量时，阀瓣达到稳定的最大开启角 。在制造样机时，将摇杆端部留出较大的长度 L(图6)，使阀门开启角较小，进行样机的试验，得出阀门的工作性能(包括 C值)。然后通过逐次调整摇杆端部的长度 L(通过螺柱、螺母调节)，由实验得出相应 (阀门开启角)与c 值对应的-组数据(表2)。

流量系数 为/ --C 1.17Q/V式中 Q--单位时间内流经阀门的介质体积，m /h△p--测量装置测得的总的压差，kPap--流体密度(p1)，kg/cm/ I- 1.螺柱 2.螺母 3摇臂 4.阀瓣图6 流量试验表2 DN300旋启止回阀 -Q-C 数据长度L/nun 角度 (。) 流量 Q/m /h 压差Ap/kPa C阀门经过流量试验表明，当阀瓣达到稳定的最大开启角 时，保证了要求的 c 值4 696，并达到了规格书提出的 c 为4 180～5 010的要求。

6 结语高温高压核-级大口径旋启式止回阀已广泛的使用在国内大型压水堆核电站反应堆管路上，性能稳定，效果良好。